ПРОБЛЕМЫ ПОДАЧИ ЖИДКОГО ВОДОРОДА В БАК. ХРАНЕНИЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕННОЙ ЖИДКОСТИ В БАКЕ
© Г.Н.Сорохтин, Н.В.Диесперов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2018 г.
Актуальностью работы является поиск решения проблем, возникающих при технологических процессах заправки жидким водородом и хранении переохлажденной жидкости, невозможного без проведения анализа данных проблем.
К проблемам можно отнести: высокую материалоемкость конструкции баков и расходы на захолаживание при подготовке к заправке баков; Теплопритоки в бак из вне. Длительная компенсация теплопритока на уровне 20 К для водородного бака требует использования специальных систем крио обеспечения. Наибольшие проблемы при хранении водорода возникают из-за уникальности теплофизических свойств. Это может привести как к нежелательным эффектам (например, капле унос), так и позитивным. Для сохранения температуры и фазового состава компонентов топлива необходимо обеспечивать реконденсацию компонентов с использованием крио рефрижераторов или систем с прямым ожижением пара в дроссельных системах. Для охлаждения и конденсации компонентов используются рекуперативные теплообменные аппараты (ТА), которые могут быть установлены в баках в виде экранов. Накопленный в нашей стране опыт создания криогенных систем позволяет создать системы крио обеспечения, так как основные элементы системы – турбомашины, теплообменники, центробежные насосы, газодинамические подшипники освоены нашей промышленностью.
Новизной является показанные, возможные пути решения данных проблем, такие, как полузамкнутые схемы движения компонента с вытеснительной системой подачи, где для переохлаждения компонентов используются поверхностные теплообменники, более эффективные замкнутые системы с использованием систем крио обеспечения, систем подачи, новых агрегатов. К таким агрегатам можно отнести электроприводы на основе ВТСП технологий (высокотемпературная сверхпроводимость), которые могут позволить решать проблемы создания эффективных лопаточных криогенных насосов с длительным ресурсом, уменьшенными массой, габаритами, высоким КПД и минимальными теплопритоками в низкотемпературную зону, в отличии от обычных насосов. Однако для целесообразности этой схемы, криогенные насосы должны обладать высокими характеристиками надёжности и производительности.
Литература
1. Шахов Ю.В. Разработка стартовых систем заправки и термостатирования жидкого водорода со струйными охладителями жидкости. – Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт». – г. Харьков, Украина: http://journals.uran.ua/eejet/article/viewFile/85456/87261.
2. Фирсов В.П. «Расчёты тепло массообменных процессов в баке водорода с поперечными перегородками и в баке кислорода с учётом выделения гелия из кислорода. Тепловые расчёты испарительной системы криостатирования (ИСКР) и капиллярно-сетчатого устройства (КСУ) бака «Г». Определение оптимального (по массе) сочетания теплоизоляции баков и затрат компонентов топлива на работу испарительной системы криостатирования (ИСКР) и раскипание». –Москва: МАИ, 2010г. – 174с.
3. Фирсов В.П., Гордеев В.А., Владимиров А. В., Притыкин А.Ю. «Теоретическое исследование термодинамических процессов в баке горючего изделия 12КРБ на участке автономного полета и расчет динамики взаимного движения блока 1Л12КРБ и КА с учетом возмущений от выбросов водорода, азота и гелия». –Москва, 2002г.